ТЕМА: Алгебра і початки аналізу. Рівняння, нерівності та їх системи. Означення розв'язку системи рівнянь з двома змінними та методи їх розв'язування.

Це завдання перевіряє вміння розв'язувати системи рівнянь мішаного типу.

Друге рівняння системи, що містить лише одну змінну \(x\), є показниковим. Розв'яжемо це рівняння. Для цього запишемо число \(16\) у вигляді степеня з основою \(4\): $$ 16=4^2, $$ тоді $$ 16^{-1}=(4^2)^{-1}=4^{-2}. $$ Отже, рівняння набуває вигляду $$ 4^x=4^{-2}. $$ Оскільки степені з однаковими основами рівні, коли рівні показники їх степенів, то отримуємо \(x=-2.\) Підставимо отримане значення \(x=-2\) в перше рівняння системи:

Отже, пара чисел \((-2; 7)\) є розв'язком \((x_0; y_0)\) системи рівнянь. Тоді

Відповідь: Б.

ТЕМА: Алгебра і початки аналізу. Числа і вирази. Перетворення виразів із степенями.

Це завдання перевіряє вміння зводити одночлен до стандартного вигляду. Для цього треба знайти добуток коефіцієнтів: $$ 0\mathord{,}4\cdot 5=2 $$ та добуток степенів з однаковою основою, використовуючи формулу

Тоді $$ 0\mathord{,}4x^2\cdot 5x^3=2x^5. $$

Відповідь: B.

ТЕМА: Алгебра і початки аналізу. Рівняння, нерівності та їх системи. Раціональні нерівності.

Це завдання перевіряє знання означення розв'язку нерівності з однією змінною.

ОДЗ: \(x-3\ne 0.\)

Розв'яжемо нерівність:

Розв'яжемо методом інтервалів:

З наведених чисел, лише \(4\) належить даному проміжку.

Відповідь: Д.

ТЕМА: Геометрія. Планіметрія. Найпростіші фігури на площині. Вертикальні та суміжні кути.

Це завдання перевіряє вміння визначати невідомий кут, використовуючи означення суміжних кутів і властивості вертикальникх кутів.

Зображені на рисунку кути \(\alpha\) i \(\beta\) є вертикальними, тому що утворені при перетині двох прямих \(m\) i \(n.\)

Вертикальні кути рівні, тому $$ \alpha=\beta=\frac{50^\circ}{2}=25^\circ. $$ Кути \(\alpha\) i \(\gamma\) є суміжними, оскільки промінь \(OA\), що лежить на прямій \(n\), є спільною стороною цих кутів, а сторони \(OB\) та \(OC\), що лежать на прямій \(m\), є доповняльними променями. Оскільки сума суміжних кутів дорівнює \(180^\circ\), то $$ \gamma=180^\circ-\alpha=180^\circ-25^\circ=155^\circ. $$

Відповідь: Б.

ТЕМА: Алгебра і початки аналізу. Рівняння, нерівності та їх системи. Ірраціональні нерівності з параметром.

Це завдання перевіряє вміння розв’язувати нерівності з параметрами.

Задана нерівність $$ \sqrt{a+x}+\sqrt{a-x}\gt a\ \ \ \ \ (1) $$ має сенс, якщо обидва підкореневі вирази набувають невід’ємних значень: \(a+x\ge 0\) і \(a-x\ge 0\), отже, область допустимих значень (ОДЗ) заданої нерівності є множина розв’язків системи нерівностей $$ \left\{\begin{array}{l} x\ge -a,\\ x\le a.\ \ \ \ \ \ (2) \end{array}\right. $$

Розглянемо випадки:

1) \(a\lt 0\), тоді система (2) не має розв’язків, отже, і задана нерівність також.

2) \(a=0\), тоді розв’язком системи (2) є єдине значення \(x=0\), яке не задовольняє нерівність \(\sqrt{x}+\sqrt{-x}\gt 0\), оскільки \(\sqrt{0}+\sqrt{0}=0.\) Отже, при \(a=0\) нерівність (1) не має розв’язків.

3) \(a\gt 0\), тоді ліва та права частини нерівності (1) набувають лише невід’ємних значень, тому піднесемо обидві частини нерівності (1) до квадрата, у результаті отримаємо нерівність, яка рівносильна на ОДЗ нерівності (1):

Хід розв’язання нерівності (3) визначається знаком її правої частини. Розглянемо випадки:

а) $$ \left\{\begin{array}{l} a\gt 0,\\ a^2-2a\lt 0, \end{array}\right. $$ тобто \(a\in (0; 2)\). За таких значень \(a\) нерівність (3) рівносильна нерівності \begin{gather*} a^{2}-x^{2}\ge 0,\\[7pt] x^{2}\le a^{2},\\[7pt] x\in [-a; a]. \end{gather*} Отже, якщо \(a\in (0; 2)\), то множиною розв’язків нерівності (3), відповідно й нерівності (1), є проміжок \(x\in [-a; a].\)

б) $$ \left\{\begin{array}{l} a\gt 0,\\ a^2-2a\ge 0, \end{array}\right. $$ тобто \(a\in [2; +\infty).\) Тоді обидві частини нерівності (3) невід’ємні. Піднесемо їх до квадрата і отримаємо на ОДЗ рівносильну заданій нерівність:

Нерівність (4) має розв’язки лише у випадку, коли права частина набуває додатних значень, тобто якщо \(a^{3}(4-a)\gt 0\), звідси \(a\in (0; 4).\) Враховуючи, що \(a\in [2; +\infty)\) i \(a\in (0; 4)\), маємо: \(a\in [2; 4).\) Для таких значень \(a\) множиною розв’язків нерівності (4) є

При \(a\in [4;+ \infty)\) нерівність (4), отже, і нерівність (1), не мають розв’язків.

Відповідь: \(x\in \{\varnothing\}\), якщо \(a\in (-\infty; 0]\cup [4; +\infty)\);
                   \(x\in [-a; a]\), якщо \(a\in (0; 2)\);
                   \(x\in \left(-\frac{a\sqrt{a(4-a)}}{2}; \frac{a\sqrt{a(4-a)}}{2}\right)\), якщо \(a\in [2; 4).\)

ТЕМА: Геометрія. Стереометрія. Многогранники. Тіла і поверхні обертання. Об’єм тіла.

Це завдання перевіряє вміння розв’язувати задачі на обчислення об’ємів геометричних тіл, зокрема, правильної чотирикутної піраміди.

Для розв’язання завдання потрібно перш за все правильно побудувати рисунок, знати формулу об’єму піраміди, означення двогранного кута та його лінійного кута, вміти визначати довжини відрізків, використовуючи подібність трикутників та співвідношення між сторонами й кутами прямокутного трикутника.

1. Нехай \(SABCD\) – задана правильна чотирикутна піраміда, квадрат \(ABCD\) – основа піраміди, \(SO\) – висота піраміди (див. рисунок).

Оскільки піраміда \(SABCD\) є правильною, то точка \(O\) є точкою перетину діагоналей квадрата \(ABCD.\) Відрізок \(OA\) є проєкцією ребра \(SA\) на площину основи піраміди. Оскільки діагоналі квадрата перпендикулярні, то \(OA\ \perp\ BD.\) За теоремою про три перпендикуляри \(SA\ \perp\ BD.\) Окрім цього, за умовою \(SA\ \perp\ OM.\) Тоді за ознакою перпендикулярності прямої і площини \(SA\ \perp\ BMD\), що й треба було довести.

2. Оскільки \(SA\ \perp\ BMD\) і \(BM\) та \(DM\) лежать в площині \(BMD\), то \(BM\ \perp\ SA\) і \(DM\ \perp\ SA.\) Тому \(\angle BMD\) є лінійним кутом двогранного кута з ребром \(SA.\) За умовою \(\angle BMD = 120^\circ\).

У правильній піраміді всі бічні грані рівні, тому \(BM = DM\) (як відповідні відрізки в рівних трикутниках). Тоді в рівнобедреному трикутнику \(DMB\) медіана \(MO\) є одночасно і висотою, і бісектрисою. Отже, \(MO\ \perp\ BD\) i \(\angle BMO = 60^\circ.\)

З прямокутного трикутника \(BMO\mathord{:}\)

Тоді \(AO = BO = 9\sqrt{2}\).

З прямокутного трикутника \(AMO\mathord{:}\)

Прямокутні трикутники \(SOA\) і \(OMA\) подібні (за двома кутами). Тому $$ \frac{SO}{OM} = \frac{AO}{AM}, $$ тоді

Обчислимо площу основи піраміди:

Тоді об’єм піраміди

Відповідь: 2. \(972.\)

ТЕМА: Алгебра і початки аналізу. Функції. Дослідження функції за допомогою похідної.

Це завдання перевіряє вміння знаходити найбільше та найменше значення функції на заданому відрізку.

Функція, яка є неперервною на відрізку, досягає на цьому відрізку свого найбільшого та найменшого значень. Ці значення можуть досягатися як в точках, що знаходяться всередині відрізка, так і на кінцях відрізка. Щоб визначити найбільше та найменше значення функції \(y=f(x)\) на відрізку \([a; b]\), потрібно:
1) знайти похідну \(f'(x)\);
2) визначити критичні точки функції, тобто точки, в яких похідна дорівнює нулю або не існує, після чого відібрати з цих точок ті, що належать проміжку \((a; b)\);
3) обчислити значення функції \(y=f(x)\) у відібраних точках та в точках \(x=a\) та \(x=b\) (кінцевих точках відрізка \([a; b]\)) і вибрати серед отриманих значень найбільше та найменше.

Функція \(y = x + \sin 2x\) визначена й неперервна на всій числовій прямій, отже, і на відрізку \(\left[0; \frac{\pi}{2}\right]\) також.

Знайдемо похідну заданої функції: $$ y' = (x + \sin 2x)' = 1 + 2 \cos 2x. $$

Визначимо критичні точки: \begin{gather*} y' = 0,\\[7pt] 1 + 2 \cos 2x = 0,\\[6pt] \cos 2x = -\frac{1}{2}, \end{gather*} звідси отримуємо:

З цих точок заданому відрізку \(\left[0; \frac{\pi}{2}\right]\) належить лише одна критична точка \(x = \frac{\pi}{3}.\)

Обчислимо значення заданої функції у точці \(x = \frac{\pi}{3}\) та точках \(x = 0\) і \(x = \frac{\pi}{2}\mathord{:}\)

Оскільки

то порівнявши отримані значення, робимо висновок, що найбільшого значення задана функція досягає в точці \(x = \frac{\pi}{3}\mathord{:}\)

а найменшого — в точці \(x = 0\mathord{:}\)

Відповідь:

ТЕМА: Геометрія. Планіметрія. Чотирикутники. Трапеція та її властивості.

Це завдання перевіряє вміння визначати довжину середньої лінії прямокутної трапеції.

Щоб розв’язати це завдання потрібно знати саме означення прямокутної трапеції, її властивості, означення та властивість середньої лінії трапеції, бісектриси кута трапеції. Також потрібно знати тригонометричні співвідношення між сторонами та кутами прямокутного трикутника.

Нехай \(ABCD\) задана прямокутна трапеція (див. рисунок), \(LN\) – її середня лінія: $$ LN = \frac{AD + BC}{2}. $$ У прямокутному трикутнику \(BAD\) відомі гіпотенуза \(BD = 20\sqrt{3}\) см та \(\angle BDA = 30^\circ.\) Тоді $$ \frac{AD}{BD} = \cos 30^\circ, $$ звідки отримуємо:

Основа \(BC\) трапеції є стороною трикутника \(BCD\). Оскільки \(BC\ ||\ AD\), то \(\angle CBD = \angle ADB = 30^\circ\) (як внутрішні різносторонні), а оскільки \(BD\) є бісектрисою кута \(ADC\), то \(\angle BDC = 30^\circ\). Отже, трикутник \(BCD\) є рівнобедреним (\(BC = DC\)). Висота \(CO\) цього трикутника є його медіаною і ділить сторону \(BD\) навпіл: \(BO = OD\). Знаючи катет \(BO = 10\sqrt{3}\) см та прилеглий до нього кут \(\angle OBC = 30^\circ\), визначаємо сторону \(BC\mathord{:}\) $$ \frac{BO}{BC} = \cos 30^\circ, $$ тоді $$ BC = \frac{BO}{\cos 30^\circ} = \frac{10\sqrt{3}}{\frac{\sqrt{3}}{2}} = 20\ \text{см}. $$

Отже,

Відповідь: \(25.\)

ТЕМА: Алгебра і початки аналізу. Комбінаторика, теорія ймовірностей і статистика. Комбінаторні правила суми та добутку.

Це завдання перевіряє вміння розв’язувати комбінаторні задачі з практичним змістом, використовучі комбінаторне правило добутку.

Правило добутку. Якщо елемент \(A\) можна вибрати \(n\) способами, а після цього елемент \(B\) – \(m\) способами, то \(A\) і \(B\) можна вибрати \(nm\) способами.

З \(9\) нарцисів \(3\) нарциси можна вибрати \(C_9^3\) способами, а \(2\) тюльпани з \(4\) – \(C_4^2\) способами. Оскільки вибір нарцисів та тюльпанів не залежить один від одного, то за правилом добутку загальна кількість способів вибору \(3\) нарцисів із \(9\) та \(2\) тюльпанів із \(4\) дорівнює \(C_9^3C_4^2.\) Використовуючи формулу $$ C_{n}^{m}=\frac{n!}{m!(n-m)!}, $$ в якій \(n!=1\cdot 2 \cdot 3 \cdots (n-1)n\), знайдемо:

Тоді $$ C_9^3C_4^2=84\cdot 6=504. $$

Відповідь: \(504.\)